例析對照實驗步驟設計“三步曲”

對照實驗中，明確實驗目的是實驗設計的核心，而實驗變量的設置是整個實驗設計的“靈魂”。只有明確了實驗目的，我們才能找準實驗變量、正確觀察反應變量、嚴格控制無關變量，防止額外變量出現。同時也只有找準實驗變量，實驗步驟的設計才能圍繞變量控制的“三步曲”來展開。

1 變量的確認

實驗變量(又叫自變量)是引起實驗結果的相應改變。一般是題目已知的或是可以根據題目提供的已知條件來獲取的。確定的方法是：實驗往往以驗證“什么”、證明“什么”、探究“什么”、觀察“什么”、調查“什么”、鑒定“什么”等形式呈現出來。“什么”就是實驗變量。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗，實驗變量就是溫度，即低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)；反應變量(又叫因變量)是由實驗變量而引起的變化和結果。通常實驗變量是原因，反應變量是結果。反應變量要有相應的觀察和測量指標，一般常見的反應變量的類型有：特異的顏色變化和沉淀反應、生物形態結構和生理特征的變化、生物生長發育的速度和生化反應的速度等。在“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗中，反應變量是通過加碘液后溶液顏色發生變化來體現的。

無關變量是指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現象和結果的其他因素或條件。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗中無關變量有唾液新鮮程度、可溶性淀粉溶液的純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度、實驗操作程序、溫度處理的時間長短等。而額外變量則是無關變量對實驗所造成的影響或結果，其可以干擾正常的實驗現象和結果，以至于造成實驗誤差。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗中，pH就是其中一個無關變量，若pH不適宜將會出現不應有的實驗誤差，從而導致實驗的失敗。

實驗步驟設計中，關鍵在于正確地進行實驗變量的設置、反應變量的檢測和無關變量的控制，防止額外變量出現，真正實現實驗目的。

2 實驗步驟“三步曲”

從變量控制的角度看，對照實驗步驟設計“三步曲”就是：第一步：主要為了“屏蔽無關變量”而展開，第二步：主要進行“設置實驗變量”的操作，第三步：主要是進行“獲得反應變量”的觀察。現通過一道高考題進行說明：

例題(2004年廣東省高考題第39題)為了驗證甲狀腺激素的生理作用，試以大白鼠的耗氧量和活動量為觀察指標，根據給出的實驗材料和用具，設計實驗步驟，預測實驗結果，并作出分析。

(1)材料和用具：日齡相同體重相近的雄性成年大白鼠兩組，甲狀腺激素溶液，蒸餾水，灌胃器，耗氧量測定裝置，小動物活動測定儀等。

(實驗提示：給藥途徑為每日灌胃，給藥劑量和儀器操作不作考試要求，室溫恒定。)

(2)方法與步驟：____________。

(3)結果預測與分析：(略)。

對于該實驗步驟，可按“三步曲”的思路去書寫。解析如下(下劃線內容為實驗設計方法和步驟答案)：

①第1步：“屏蔽無關變量”。第1步往往是分組、編號、添加相同的物質或作相同條件下的處理等。這一步充分運用“等量原則”，使用一些定性、定量的描述性語言，如此題的雄性大白鼠選擇“日齡相同體重相近”等，所以：將2組雄性成年大白鼠分別標號為甲組和乙組，并分別用給出的儀器，測定與記錄耗氧量和活動量。這一步實際上是屏蔽無關變量，保證除實驗變量以外的因子完全相同，為第2步實驗變量的設置作準備。

②第2步：“設置實驗變量”。根據實驗自的和要求，對實驗組實施實驗變量的操作。所以：每天用灌胃器給予甲組鼠灌胃甲狀腺激素溶液，給予乙組鼠灌胃等量的蒸餾水，飼養一定時間。這一步，甲、乙兩組實驗大白鼠分別進行了實驗變量和空白處理，這樣保證了單一變量即實驗變量的設置來對實驗結果產生影響。

⑧第3步：“獲得反應變量”。測定與記錄甲、乙組鼠耗氧量和活動量。這一步實際上是通過觀察實驗現象、測量實驗數據、記錄實驗結果等方式來獲得反應變量。